linux進程簡介
Linux是壹個多任務的操作系統，也就是說，在同壹個時間內，可以有多個進程同時執行。如果讀者對計算機硬件體系有壹定了解的話，會知道我們大家常用的單CPU計算機實際上在壹個時間片斷內只能執行壹條指令，那麽Linux是如何實現多進程同時執行的呢？原來Linux使用了壹種稱為"進程調度（process scheduling）"的手段，首先，為每個進程指派壹定的運行時間，這個時間通常很短，短到以毫秒為單位，然後依照某種規則，從眾多進程中挑選壹個投入運行，其他的進程暫時等待，當正在運行的那個進程時間耗盡，或執行完畢退出，或因某種原因暫停，Linux就會重新進行調度，挑選下壹個進程投入運行。因為每個進程占用的時間片都很短，在我們使用者的角度來看，就好像多個進程同時運行壹樣了。
在Linux中，每個進程在創建時都會被分配壹個數據結構，稱為進程控制塊（Process Control Block，簡稱PCB）。PCB中包含了很多重要的信息，供系統調度和進程本身執行使用，其中最重要的莫過於進程ID（process ID）了，進程ID也被稱作進程標識符，是壹個非負的整數，在Linux操作系統中唯壹地標誌壹個進程，在我們最常使用的I386架構（即PC使用的架構）上，壹個非負的整數的變化範圍是0-32767，這也是我們所有可能取到的進程ID。其實從進程ID的名字就可以看出，它就是進程的身份證號碼，每個人的身份證號碼都不會相同，每個進程的進程ID也不會相同。
壹個或多個進程可以合起來構成壹個進程組（process group），壹個或多個進程組可以合起來構成壹個會話（session）。這樣我們就有了對進程進行批量操作的能力，比如通過向某個進程組發送信號來實現向該組中的每個進程發送信號。
最後，讓我們通過ps命令親眼看壹看自己的系統中目前有多少進程在運行：
$ps -aux（以下是在我的計算機上的運行結果，妳的結果很可能與這不同。）
USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
root 1 0.1 0.4 1412 520 ? S May15 0:04 init [3]
root 2 0.0 0.0 0 0 ? SW May15 0:00 [keventd]
root 3 0.0 0.0 0 0 ? SW May15 0:00 [kapm-idled]
root 4 0.0 0.0 0 0 ? SWN May15 0:00 [ksoftirqd_CPU0]
root 5 0.0 0.0 0 0 ? SW May15 0:00 [kswapd]
root 6 0.0 0.0 0 0 ? SW May15 0:00 [kreclaimd]
root 7 0.0 0.0 0 0 ? SW May15 0:00 [bdflush]
root 8 0.0 0.0 0 0 ? SW May15 0:00 [kupdated]
root 9 0.0 0.0 0 0 ? SW< May15 0:00 [mdrecoveryd]
root 13 0.0 0.0 0 0 ? SW May15 0:00 [kjournald]
root 132 0.0 0.0 0 0 ? SW May15 0:00 [kjournald]
root 673 0.0 0.4 1472 592 ? S May15 0:00 syslogd -m 0
root 678 0.0 0.8 2084 1116 ? S May15 0:00 klogd -2
rpc 698 0.0 0.4 1552 588 ? S May15 0:00 portmap
rpcuser 726 0.0 0.6 1596 764 ? S May15 0:00 rpc.statd
root 839 0.0 0.4 1396 524 ? S May15 0:00 /usr/sbin/apmd -p
root 908 0.0 0.7 2264 1000 ? S May15 0:00 xinetd -stayalive
root 948 0.0 1.5 5296 1984 ? S May15 0:00 sendmail: accepti
root 967 0.0 0.3 1440 484 ? S May15 0:00 gpm -t ps/2 -m /d
wnn 987 0.0 2.7 4732 3440 ? S May15 0:00 /usr/bin/cserver
root 1005 0.0 0.5 1584 660 ? S May15 0:00 crond
wnn 1025 0.0 1.9 3720 2488 ? S May15 0:00 /usr/bin/tserver
xfs 1079 0.0 2.5 4592 3216 ? S May15 0:00 xfs -droppriv -da
daemon 1115 0.0 0.4 1444 568 ? S May15 0:00 /usr/sbin/atd
root 1130 0.0 0.3 1384 448 tty1 S May15 0:00 /sbin/mingetty tt
root 1131 0.0 0.3 1384 448 tty2 S May15 0:00 /sbin/mingetty tt
root 1132 0.0 0.3 1384 448 tty3 S May15 0:00 /sbin/mingetty tt
root 1133 0.0 0.3 1384 448 tty4 S May15 0:00 /sbin/mingetty tt
root 1134 0.0 0.3 1384 448 tty5 S May15 0:00 /sbin/mingetty tt
root 1135 0.0 0.3 1384 448 tty6 S May15 0:00 /sbin/mingetty tt
root 8769 0.0 0.6 1744 812 ? S 00:08 0:00 in.telnetd: 192.1
root 8770 0.0 0.9 2336 1184 pts/0 S 00:08 0:00 login -- lei
lei 8771 0.1 0.9 2432 1264 pts/0 S 00:08 0:00 -bash
lei 8809 0.0 0.6 2764 808 pts/0 R 00:09 0:00 ps -aux
以上除標題外，每壹行都代表壹個進程。在各列中，PID壹列代表了各進程的進程ID，COMMAND壹列代表了進程的名稱或在Shell中調用的命令行，對其他列的具體含義，我就不再作解釋，有興趣的讀者可以去參考相關書籍。
getpid
在2.4.4版內核中，getpid是第20號系統調用，其在Linux函數庫中的原型是：
#include<sys/types.h> /* 提供類型pid_t的定義 */
#include<unistd.h> /* 提供函數的定義 */
pid_t getpid(void);
getpid的作用很簡單，就是返回當前進程的進程ID，請大家看以下的例子：
/* getpid_test.c */
#include<unistd.h>
main()
{
printf("The current process ID is %d
",getpid());
}
細心的讀者可能註意到了，這個程序的定義裏並沒有包含頭文件sys/types.h，這是因為我們在程序中沒有用到pid_t類型，pid_t類型即為進程ID的類型。事實上，在i386架構上（就是我們壹般PC計算機的架構），pid_t類型是和int類型完全兼容的，我們可以用處理整形數的方法去處理pid_t類型的數據，比如，用"%d"把它打印出來。
編譯並運行程序getpid_test.c：
$gcc getpid_test.c -o getpid_test
$./getpid_test
The current process ID is 1980
（妳自己的運行結果很可能與這個數字不壹樣，這是很正常的。）
再運行壹遍：
$./getpid_test
The current process ID is 1981
正如我們所見，盡管是同壹個應用程序，每壹次運行的時候，所分配的進程標識符都不相同。
fork
在2.4.4版內核中，fork是第2號系統調用，其在Linux函數庫中的原型是：
#include<sys/types.h> /* 提供類型pid_t的定義 */
#include<unistd.h> /* 提供函數的定義 */
pid_t fork(void);
只看fork的名字，可能難得有幾個人可以猜到它是做什麽用的。fork系統調用的作用是復制壹個進程。當壹個進程調用它，完成後就出現兩個幾乎壹模壹樣的進程，我們也由此得到了壹個新進程。據說fork的名字就是來源於這個與叉子的形狀頗有幾分相似的工作流程。
在Linux中，創造新進程的方法只有壹個，就是我們正在介紹的fork。其他壹些庫函數，如system()，看起來似乎它們也能創建新的進程，如果能看壹下它們的源碼就會明白，它們實際上也在內部調用了fork。包括我們在命令行下運行應用程序，新的進程也是由shell調用fork制造出來的。fork有壹些很有意思的特征，下面就讓我們通過壹個小程序來對它有更多的了解。
/* fork_test.c */
#include<sys/types.h>
#inlcude<unistd.h>
main()
{
pid_t pid;
/*此時僅有壹個進程*/
pid=fork();
/*此時已經有兩個進程在同時運行*/
if(pid<0)
printf("error in fork!");
else if(pid==0)
printf("I am the child process, my process ID is %d
",getpid());
else
printf("I am the parent process, my process ID is %d
",getpid());
}
編譯並運行：
$gcc fork_test.c -o fork_test
$./fork_test
I am the parent process, my process ID is 1991
I am the child process, my process ID is 1992
看這個程序的時候，頭腦中必須首先了解壹個概念：在語句pid=fork()之前，只有壹個進程在執行這段代碼，但在這條語句之後，就變成兩個進程在執行了，這兩個進程的代碼部分完全相同，將要執行的下壹條語句都是if(pid==0)......。
兩個進程中，原先就存在的那個被稱作"父進程"，新出現的那個被稱作"子進程"。父子進程的區別除了進程標誌符（process ID）不同外，變量pid的值也不相同，pid存放的是fork的返回值。fork調用的壹個奇妙之處就是它僅僅被調用壹次，卻能夠返回兩次，它可能有三種不同的返回值：
在父進程中，fork返回新創建子進程的進程ID；
在子進程中，fork返回0；
如果出現錯誤，fork返回壹個負值；
fork出錯可能有兩種原因：
（1）當前的進程數已經達到了系統規定的上限，這時errno的值被設置為EAGAIN。（2）系統內存不足，這時errno的值被設置為ENOMEM。（關於errno的意義，請參考本系列的第壹篇文章。）
fork系統調用出錯的可能性很小，而且如果出錯，壹般都為第壹種錯誤。如果出現第二種錯誤，說明系統已經沒有可分配的內存，正處於崩潰的邊緣，這種情況對Linux來說是很罕見的。
說到這裏，聰明的讀者可能已經完全看懂剩下的代碼了，如果pid小於0，說明出現了錯誤；pid==0，就說明fork返回了0，也就說明當前進程是子進程，就去執行printf("I am the child!")，否則（else），當前進程就是父進程，執行printf("I am the parent!")。完美主義者會覺得這很冗余，因為兩個進程裏都各有壹條它們永遠執行不到的語句。不必過於為此耿耿於懷，畢竟很多年以前，UNIX的鼻祖們在當時內存小得無法想象的計算機上就是這樣寫程序的，以我們如今的"海量"內存，完全可以把這幾個字節的顧慮拋到九霄雲外。
說到這裏，可能有些讀者還有疑問：如果fork後子進程和父進程幾乎完全壹樣，而系統中產生新進程唯壹的方法就是fork，那豈不是系統中所有的進程都要壹模壹樣嗎？那我們要執行新的應用程序時候怎麽辦呢？從對Linux系統的經驗中，我們知道這種問題並不存在。至於采用了什麽方法，我們把這個問題留到後面具體討論。
exit
在2.4.4版內核中，exit是第1號調用，其在Linux函數庫中的原型是：
#include<stdlib.h>
void exit(int status);
不像fork那麽難理解，從exit的名字就能看出，這個系統調用是用來終止壹個進程的。無論在程序中的什麽位置，只要執行到exit系統調用，進程就會停止剩下的所有操作，清除包括PCB在內的各種數據結構，並終止本進程的運行。請看下面的程序：
/* exit_test1.c */
#include<stdlib.h>
main()
{
printf("this process will exit!
");
exit(0);
printf("never be displayed!
");
}
編譯後運行：
$gcc exit_test1.c -o exit_test1
$./exit_test1
this process will exit!
我們可以看到，程序並沒有打印後面的"never be displayed! "，因為在此之前，在執行到exit(0)時，進程就已經終止了。
exit系統調用帶有壹個整數類型的參數status，我們可以利用這個參數傳遞進程結束時的狀態，比如說，該進程是正常結束的，還是出現某種意外而結束的，壹般來說，0表示沒有意外的正常結束；其他的數值表示出現了錯誤，進程非正常結束。我們在實際編程時，可以用wait系統調用接收子進程的返回值，從而針對不同的情況進行不同的處理。關於wait的詳細情況，我們將在以後的篇幅中進行介紹。
exit和_exit
作為系統調用而言，_exit和exit是壹對孿生兄弟，它們究竟相似到什麽程度，我們可以從Linux的源碼中找到答案：
#define __NR__exit __NR_exit /* 摘自文件include/asm-i386/unistd.h第334行 */
"__NR_"是在Linux的源碼中為每個系統調用加上的前綴，請註意第壹個exit前有2條下劃線，第二個exit前只有1條下劃線。
這時隨便壹個懂得C語言並且頭腦清醒的人都會說，_exit和exit沒有任何區別，但我們還要講壹下這兩者之間的區別，這種區別主要體現在它們在函數庫中的定義。_exit在Linux函數庫中的原型是：
#include<unistd.h>
void _exit(int status);
和exit比較壹下，exit()函數定義在stdlib.h中，而_exit()定義在unistd.h中，從名字上看，stdlib.h似乎比unistd.h高級壹點，那麽，它們之間到底有什麽區別呢？讓我們先來看流程圖，通過下圖，我們會對這兩個系統調用的執行過程產生壹個較為直觀的認識。
從圖中可以看出，_exit()函數的作用最為簡單：直接使進程停止運行，清除其使用的內存空間，並銷毀其在內核中的各種數據結構；exit()函數則在這些基礎上作了壹些包裝，在執行退出之前加了若幹道工序，也是因為這個原因，有些人認為exit已經不能算是純粹的系統調用。
exit()函數與_exit()函數最大的區別就在於exit()函數在調用exit系統調用之前要檢查文件的打開情況，把文件緩沖區中的內容寫回文件，就是圖中的"清理I/O緩沖"壹項。
在Linux的標準函數庫中，有壹套稱作"高級I/O"的函數，我們熟知的printf()、fopen()、fread()、fwrite()都在此列，它們也被稱作"緩沖I/O（buffered I/O）"，其特征是對應每壹個打開的文件，在內存中都有壹片緩沖區，每次讀文件時，會多讀出若幹條記錄，這樣下次讀文件時就可以直接從內存的緩沖區中讀取，每次寫文件的時候，也僅僅是寫入內存中的緩沖區，等滿足了壹定的條件（達到壹定數量，或遇到特定字符，如換行符和文件結束符EOF），再將緩沖區中的內容壹次性寫入文件，這樣就大大增加了文件讀寫的速度，但也為我們編程帶來了壹點點麻煩。如果有壹些數據，我們認為已經寫入了文件，實際上因為沒有滿足特定的條件，它們還只是保存在緩沖區內，這時我們用_exit()函數直接將進程關閉，緩沖區中的數據就會丟失，反之，如果想保證數據的完整性，就壹定要使用exit()函數。
請看以下例程：
/* exit2.c */
#include<stdlib.h>
main()
{
printf("output begin
");
printf("content in buffer");
exit(0);
}
編譯並運行：
$gcc exit2.c -o exit2
$./exit2
output begin
content in buffer
/* _exit1.c */
#include<unistd.h>
main()
{
printf("output begin
");
printf("content in buffer");
_exit(0);
}
編譯並運行：
$gcc _exit1.c -o _exit1
$./_exit1
output begin
在Linux中，標準輸入和標準輸出都是作為文件處理的，雖然是壹類特殊的文件，但從程序員的角度來看，它們和硬盤上存儲數據的普通文件並沒有任何區別。與所有其他文件壹樣，它們在打開後也有自己的緩沖區。
請讀者結合前面的敘述，思考壹下為什麽這兩個程序會得出不同的結果。相信如果您理解了我前面所講的內容，會很容易的得出結論。
在這篇文章中，我們對Linux的進程管理作了初步的了解，並在此基礎上學習了getpid、fork、exit和_exit四個系統調用。在下壹篇文章中，我們將學習與Linux進程管理相關的其他系統調用，並將作壹些更深入的探討。
前面的文章中，我們已經了解了父進程和子進程的概念，並已經掌握了系統調用exit的用法，但可能很少有人意識到，在壹個進程調用了exit之後，該進程並非馬上就消失掉，而是留下壹個稱為僵屍進程（Zombie）的數據結構。在Linux進程的5種狀態中，僵屍進程是非常特殊的壹種，它已經放棄了幾乎所有內存空間，沒有任何可執行代碼，也不能被調度，僅僅在進程列表中保留壹個位置，記載該進程的退出狀態等信息供其他進程收集，除此之外，僵屍進程不再占有任何內存空間。從這點來看，僵屍進程雖然有壹個很酷的名字，但它的影響力遠遠抵不上那些真正的僵屍兄弟，真正的僵屍總能令人感到恐怖，而僵屍進程卻除了留下壹些供人憑吊的信息，對系統毫無作用。
也許讀者們還對這個新概念比較好奇，那就讓我們來看壹眼Linux裏的僵屍進程究竟長什麽樣子。
當壹個進程已退出，但其父進程還沒有調用系統調用wait（稍後介紹）對其進行收集之前的這段時間裏，它會壹直保持僵屍狀態，利用這個特點，我們來寫壹個簡單的小程序：
/* zombie.c */
#include
#include
main()
{
pid_t pid;
pid=fork();
if(pid<0) /* 如果出錯 */
printf("error occurred!n");
else if(pid==0) /* 如果是子進程 */
exit(0);
else /* 如果是父進程 */
sleep(60); /* 休眠60秒，這段時間裏，父進程什麽也幹不了 */
wait(NULL); /* 收集僵屍進程 */
}
sleep的作用是讓進程休眠指定的秒數，在這60秒內，子進程已經退出，而父進程正忙著睡覺，不可能對它進行收集，這樣，我們就能保持子進程60秒的僵屍狀態。
編譯這個程序：
$ cc zombie.c -o zombie
後臺運行程序，以使我們能夠執行下壹條命令：
$ ./zombie &
[1] 1577
列壹下系統內的進程：
$ ps -ax
... ...
1177 pts/0 S 0:00 -bash
1577 pts/0 S 0:00 ./zombie
1578 pts/0 Z 0:00 [zombie ]
1579 pts/0 R 0:00 ps -ax
看到中間的"Z"了嗎？那就是僵屍進程的標誌，它表示1578號進程現在就是壹個僵屍進程。
我們已經學習了系統調用exit，它的作用是使進程退出，但也僅僅限於將壹個正常的進程變成壹個僵屍進程，並不能將其完全銷毀。僵屍進程雖然對其他進程幾乎沒有什麽影響，不占用CPU時間，消耗的內存也幾乎可以忽略不計，但有它在那裏呆著，還是讓人覺得心裏很不舒服。而且Linux系統中進程數目是有限制的，在壹些特殊的情況下，如果存在太多的僵屍進程，也會影響到新進程的產生。那麽，我們該如何來消滅這些僵屍進程呢？
先來了解壹下僵屍進程的來由，我們知道，Linux和UNIX總有著剪不斷理還亂的親緣關系，僵屍進程的概念也是從UNIX上繼承來的，而UNIX的先驅們設計這個東西並非是因為閑來無聊想煩煩其他的程序員。僵屍進程中保存著很多對程序員和系統管理員非常重要的信息，首先，這個進程是怎麽死亡的？是正常退出呢，還是出現了錯誤，還是被其它進程強迫退出的？其次，這個進程占用的總系統CPU時間和總用戶CPU時間分別是多少？發生頁錯誤的數目和收到信號的數目。這些信息都被存儲在僵屍進程中，試想如果沒有僵屍進程，進程壹退出，所有與之相關的信息都立刻歸於無形，而此時程序員或系統管理員需要用到，就只好幹瞪眼了。
那麽，我們如何收集這些信息，並終結這些僵屍進程呢？就要靠我們下面要講到的waitpid調用和wait調用。這兩者的作用都是收集僵屍進程留下的信息，同時使這個進程徹底消失。下面就對這兩個調用分別作詳細介紹。